Iнфляцiйний Всесвiт
Крiм питання про походження Вселеноï, сучаснi космологи
зiштовхуються з рядом iнших проблем. Щоб стандартна теорiя великого
вибуху могла пророчити той розподiл матерiï, що ми
спостерiгаємо, ïï вихiдний стан повинне
характеризуватися дуже високим ступенем органiзованостi. Вiдразу ж
виникає питання : яким образом така структура могло утворитися?
Фiзик А. Гут з Массачусетского технологiчного iнституту запропонував
свою версiю теорiï великого вибуху, що пояснює спонтанне
виникнення цiєï органiзацiï, усуваючи необхiднiсть
штучно вводити точнi параметри в рiвняння, що описують вихiдний стан
Всесвiту. Його модель була названа iнфляцiйноï Вселеноï. Суть
ïï в тiм, що усерединi швидко розширюється, перi гретой
Вселена невелика дiлянка простору прохолоджується й починає
розширюватися сильнiше, подiбно тому, як переохолоджена вода стрiмко
замерзає, розширюючись при цьому. Ця фаза швидкого розширення
дозволяє усунути деякi проблеми, властивим стандартним теорiям
великого вибуху
Однак модель Гута теж не позбавлена недолiкiв. Щоб рiвняння Гута
правильно описували iнфляцiйний Всесвiт, йому довелося дуже точно
задавати вихiднi параметри для своïх рiвнянь. Таким чином, вiн
зштовхнувся з тiєю же проблемою, що й творцi iнших теорiй. Вiн
сподiвався позбутися вiд необхiдностi задавати точнi параметри умов
великого вибуху, але для цього йому довелося вводити власну
параметризацiю, що залишилася непоясненоï. Гут i його спiвавтор П.
Штайнгарт визнають, що в ïхнiй моделi розрахунки приводять до
прийнятних пророкувань тiльки в тому випадку, якщо заданi вихiднi
параметри рiвнянь варiюють у дуже вузькому дiапазонi. Бiльшiсть
теоретикiв (включаючи й нас самих) уважають подiбнi вихiднi умови
малоймовiрними. Далi автори говорять про своï надiï на те, що
коли-небудь будуть розробленi новi математичнi теорiï, якi
дозволять ïм зробити свою модель бiльше правдоподiбноï
Ця залежнiсть вiд ще не вiдкритих теорiй — iнший недолiк моделi
Гута. Теорiя єдиного поля, на якiй ґрунтується модель
iнфляцiйноï Вселеноï, повнiстю гипотетична й погано
пiддається експериментальнiй перевiрцi, тому що бiльшу частину
ïï пророкувань неможливо кiлькiсно перевiрити в лабораторних
умовах. (Теорiя єдиного поля — це досить сумнiвна спроба
вчених зв'язати воєдино деякi основнi сили Всесвiту.)
Iнший недолiк теорiï Гута — це те, що в нiй нiчого не
говориться про походження перегрiтоï й матерiï, що
розширюється. Гут перевiрив сумiснiсть своєï
iнфляцiйноï теорiï iз трьома гiпотезами походження Всесвiту.
Спочатку вiн розглянув стандартну теорiю великого вибуху. У цьому
випадку, на думку Гута, iнфляцiйний епiзод повинен був вiдбутися на
однiй з раннiх стадiй еволюцiï Всесвiту. Однак ця модель ставить
перед нами нерозв'язну проблему сингулярности. Друга гiпотеза
постулирует, що Всесвiт виник з хаосу. Некотор ие ïï в частки
були гарячими, iншi — холодними, однi розширювалися, а iншi
стискувалися. У цьому випадку iнфляцiя повинна була початися в
перегрiтiй i областi, що розширюється, Всесвiту. Правда, Гут
визнає, що ця модель не може пояснити походження первинного хаосу
Третя можливiсть, який Гут вiддає перевагу, полягає в тiм,
що перегрiтий згусток, що розширюється, матерiï виникає
квантово-механiчним шляхом з порожнечi. У статтi, що з'явилася в журналi
Сайентифик Америкен в 1984 роцi, Гут i Штайнгарт затверджують:
Iнфляцiйна модель Всесвiту дає нам подання про можливий механiзм,
за допомогою якого спостережуваний Всесвiт мiг з'явитися з нескiнченно
малоï дiлянки простору. Знаючи це, важко удержатися вiд спокуси
зробити ще один крок i дiйти висновку, що Всесвiт виник буквально з
нiчого. Однак як би привабливоï не була ця iдея для вчених, готових
ополчитися на будь-яке згадування про можливiсть iснування вищоï
свiдомостi, що создали Всесвiт, при уважному розглядi вона не
витримує критики. Нiщо, про яке говорить Гут, — це
гiпотетичний квантово-механiчний вакуум, описуваний ще не розробленою
теорiєю єдиного поля, що повинна об'єднати рiвняння
квантовоï механiки й загальноï теорiï вiдносностi. Iнакше
кажучи, у цей момент цей вакуум неможливо описати навiть теоретично.
Треба вiдзначити, що фiзики описали бiльше простий тип квантово-
механiчного вакууму, що являє собою море так званих вiртуальних
часток, фрагментiв атомiв, якi майже iснують. Час вiд часу деякi iз цих
субатомних часток переходять iз вакууму в мир матерiальноï
реальностi. Це явище одержало назву вакуумних флуктуацiй. Вакуумнi
флуктуацiï неможливо спостерiгати безпосередньо, однак теорiï,
постулирующие ïхнє iснування, були пiдтвердженi
експериментально. Згiдно iз цими теорiями, частки й античастинки без
усякоï причини виникають iз вакууму й практично вiдразу зникають,
анiгiлюючи один одного. Гут i його колеги допустили, що в якийсь момент
замiсть малюсiнькоï частки з вакууму з'явився цiлий Всесвiт, i
замiсть того, щоб вiдразу зникнути, цей Всесвiт якимось образом
проiснував мiльярди рокiв. Автори цiєï моделi вирiшили
проблему сингулярности, постулировав, що стан, у якому Всесвiт
з'являється з вакууму, трохи вiдрiзняється вiд стану
сингулярности.
Однак у цього сценарiю є два основних недолiки. По-перше, можна
тiльки дивуватися смiливостi фантазiï вчених, що поширили досить
обмежений досвiд iз субатомними частками на целую Всесвiт. С. Хоукинг i
Г. еллис мудро застерiгають своïх зайво захопливих колег:
Припущення про те, що закони фiзики, вiдкритi й вивченi в
лабораторiï, будуть справедливi в iнших крапках просторово-
тимчасового континуума, безумовно, дуже смiлива екстраполяцiя. По-друге,
строго говорячи, квантово-механiчний вакуум не можна називати нiщо. Опис
квантово-механiчного вакууму навiть у найпростiший з iснуючих теорiй
займає безлiч сторiнок найвищою мiрою абстрактних математичних
викладень. Така система, безсумнiвно, являє собою щось, i вiдразу
ж встає все те ж уперте питання: Як виник настiльки складно
органiзований “вакуум”?
Повернемося до споконвiчноï проблеми, для рiшення якоï Гут
створив iнфляцiйну модель: проблемi точноï параметризацiï
вихiдного стану Всесвiту. Без такоï параметризацiï неможливо
одержати спостережуваний розподiл матерiï у Всесвiтi. Як ми
переконалися, вирiшити цю проблему Гуту не вдалося. Бiльше того,
сумнiвноï представляється сама можливiсть того, що яка-небудь
версiя теорiï великого вибуху, включаючи версiю Гута , може
пророчити спостережуваний розподiл матерiï у Всесвiтi.
Високоорганiзований вихiдний стан у моделi Гута, по його ж словах,
зрештою, перетворюється в Всесвiт дiаметром 10 сантиметрiв ,
наповнену однорiдним сверхплотним, перегрiтим газом. Вона буде
розширюватися й остигати, але немає нiяких пiдстав припускати, що
вона коли-небудь перетвориться в щось бiльше, нiж однорiдна хмара газу.
По сутi справи, до цього результату приводять всi теорiï великого
вибуху. Якщо Гуту довелося пускатися на багато хитрувань i робити
сумнiвнi допущення, щоб зрештою одержати Всесвiт у виглядi хмари
однорiдного газу, то можна уявити собi, яким повинен бути математичний
апарат теорiï, що приводить до Всесвiту в тiм видi, у якому ми
ïï знаємо! Гарна наукова теорiя дає можливiсть
пророкувати багато складних природних явищ, виходячи iз простоï
теоретичноï схеми. Але в теорiï Гута (i будь-якоï
iншоï версiï теорiï великого вибуху) всi навпаки: у
результатi складних математичних викладень ми одержуємо мiхур, що
розширюється, однорiдного газу. Незважаючи на це, науковi журнали
друкують захопленi статтi про iнфляцiйну теорiю, що супроводжуються
численними барвистими iлюстрацiями, якi повиннi створити в читача
враження, що Гут нарештi досяг заповiтноï мети — знайшов
пояснення походження Всесвiту. Ми б не стали квапитися з такими заявами.
Честнее було б просто вiдкрити постiйну рубрику в наукових журналах, щоб
публiкувати в нiй теорiю походження Всесвiту, модну в цьому мiсяцi
Важко навiть уявити собi всю складнiсть вихiдного стану й умов,
необхiдних для виникнення нашому Всесвiту з усiм рiзноманiттям
ïï структур i органiзмiв. У випадку нашоï Вселеноï
ступiнь цiєï складностi така, що ïï навряд чи можна
пояснити за допомогою одних фiзичних законiв
Теоретики вдаються до допомоги так званого антропического принципу.
По ïхнiй гiпотезi, квантово-механiчний вакуум робить всесвiти
мiльйонами. Але в бiльшостi з них немає умов, необхiдних для
виникнення життя, тому нiхто не може дослiджувати цi мири. У той же час
в iнших всесвiтах, включаючи нашу власну, зложилися пiдходящi умови для
появи дослiдникiв, тому немає нiчого дивного в тiм, що в цих
всесвiтах панує такий неправдоподiбний порядок. Iнакше кажучи,
прихильники антропического принципу приймають сам факт iснування людини
за пояснення впорядкованоï структури Всесвiту, що створила умови
для виникнення людини. Однак подiбнi логiчнi виверти нiчого не пояснюють
Iншою формою псевдонауковоï казуïстики є твердження про
те, що Всесвiт з'явився з волi слiпого випадку. Цi слова теж рiвно
нiчого не пояснюють. Сказати, що щось, що з'явилося один раз, з'явилося
випадково — значить просто сказати, що воно з'явилося. Такого роду
твердження не можна вважати науковим поясненням, тому що вони не мiстять
у собi нiякоï новоï iнформацiï. Iнакше кажучи, цi
пояснення нi на крок не наблизили вчених до рiшення проблеми походження
Всесвiту
Так простять нас теоретики, але ми насмiлимося припустити, що методи,
якими вони користуються, неадекватнi поставленому завданню. Два основних
iнтелектуальних iнструменти, використовуваних космологами для опису
еволюцiï Вселеноï, — це загальна теорiя вiдносностi й
квантова механiка. Однак, вдобавок до всiх труднощiв, уже описаним нами,
обидвi цi теорiï самi не без вад. Суперечки нi, цi теорiï
досить добре описують деякi фiзичнi явища, однак це ще не доводить, що
вони доконанi в усiх вiдносинах Загальна теорiя вiдносностi описує
скривлений простiр час i є невiд'ємною частиною будь-
якоï сучасноï теорiï походження Всесвiту. Тому якщо
загальна теорiя вiдносностi має потребу в переглядi, те будь-яка
космологiчна теорiя, заснована на нiй, теж бiдує впоправках.
Застосування загальноï теорiï вiдносностi, так само як i
бiльше ранньоï теорiï ейнштейна, приватноï теорiï
вiдносностi, сполучено з одними труднощами: в обох поняття часу
переосмислено. У ньютоновой фiзицi час розглядається як змiнна,
незалежна вiд простору. Завдяки цьому ми можемо описати траєкторiю
руху об'єкта в просторi й часi: у цей момент часу об'єкт
перебуває в певнiй крапцi простору, а згодом його положення
мiняється. Але теорiя вiдносностi ейнштейна поєднує
простiр i час у четирехмерний континуум, так що про об'єкт уже не
можна сказати, що в певний момент часу вiн займає певне положення
в просторi. Релятивiстський опис об'єкта показує його
положення в просторi й часi як єдине цiле, вiд початку й до кiнця
iснування об'єкта. Наприклад, людина, з погляду теорiï
вiдносностi, являє собою просторово-тимчасову єднiсть, вiд
зародка в чреве матерi до трупа (так званий просторово-часовий хробак).
Цей хробак не може сказати: Зараз я дорослий, а ранiше був дитиною.
Перебiгу часу не iснує. Все життя людини являє собою
єдине цiле. Такий погляд на людину знецiнює наше особисте
сприйняття минулого, сьогодення й майбутнього, змушуючи нас поставити
пiд сумнiв саму реальнiсть цього сприйняття
У своєму листi до М. Бессо ейнштейн писав: Ти повинен погодитися з
тим, що суб'єктивний час iз його акцентом на сьогоденнi не
має об'єктивного змiсту .” Пiсля смертi Бессо ,
ейнштейн виразив своє спiвчуття його вдовi в такий спосiб: Майкл
небагато випередив мене, покинувши цей дивний мир. Однак це не має
значення. Для нас, переконаних фiзикiв, розходження мiж минулим,
теперiшнiми майбутнiм — хоч i нав'язлива, але всього лише iлюзiя.
По сутi справи, цi подання заперечують свiдомiсть, що пiдкреслює
реальнiсть пережитого моменту. Наше нинiшнє тiло ми
вiдчуваємо як реальне, тодi як наше дитяче тiло збереглося тiльки
в пам'ятi. Для нас немає нiяких сумнiвiв у тiм, що ми
займаємо певне мiсце в просторi в цей момент часу. Теорiя
вiдносностi перетворює серiï подiй у єдинi просторово-
тимчасовi структури, але ми вiдчуваємо ïх як послiдовнiсть
певних етапiв у часi. Отже, будь-яка модель походження Всесвiту,
побудована на основi теорiï вiдносностi, не здатна пояснити наше
сприйняття часу, i тому всi цi моделi в ïхньому сучасному видi
недосконалi й неприйнятнi
